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CN113082947B - 一种采用mdea脱碳工艺回收压力能的装置及回收方法 - Google Patents

一种采用mdea脱碳工艺回收压力能的装置及回收方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种采用MDEA脱碳工艺回收压力能的装置及回收方法，该装置包括依次连接的吸收塔、加热器HE01、加热器HE02、一级减压阀、初级解析塔、二级减压阀、次级解析塔和CO2排放/回收系统，吸收塔的上部依次连接有风冷却器一和高压泵，高压泵另一端与解析塔连接，初级解析塔的上部连接有涡轮膨胀系统，涡轮膨胀系统另一端与CO2排放/回收系统连接。通过本发明提供的装置，可以回收MDEA从较高压力减压到低压时的能力损耗，降低高温解析后的CO2气体温度，减少进入下游的CO2中MDEA的含量，最终达到有效回收工艺过程中损耗的压力能，有效减少工艺过程中的能耗的目的。

Description

一种采用MDEA脱碳工艺回收压力能的装置及回收方法
技术领域
本发明涉及MDEA脱碳技术领域，具体涉及到一种采用MDEA脱碳工艺回收压力能的装置及回收方法。
背景技术
在天然气或煤制气过程中，生成的含氢、CO及CO2等的尾气中，需要脱除CO2使氢和CO进入下游化工生产工艺。而目前采用的CO2脱除工艺主要为MDEA法。
在天然气重整或煤制气后含H2及CO的混合气，在较高压力、较低温度状态下，混合气进入吸收塔下部，MDEA溶液经过高压泵加压到工艺压力，经冷却到低温状态下，进入吸收塔上部喷淋，经填料层与混合气进行充分的接触，吸收混合气中的CO2和水，混合气中的CO2被充分吸收达到设计指标后，进入下游工艺。吸收了CO2的MDEA溶液，经加热到再生温度后，经减压进入解析塔，在解析塔中，CO2从MDEA溶液中充分解析，较高温CO2气体经冷却后，与冷凝的MDEA分离后进入下游工艺。解析CO2后的MDEA高温低压溶液，经泵增压冷却后，重新进入CO2吸收塔，形成闭环连续工艺过程。
在MDEA脱碳工艺中，MDEA的吸收能力与压力正相关，MDEA的吸收能力与温度负相关，MDEA需要在较高压力/较低温下吸收，在较低压力/较高温下解析，因此吸收塔工作压力较高、温度较低，解析塔工作压力较低，温度较高。较高压下吸收了CO2的MDEA液体需要通过减压阀减压，而解析出来的含 MDEA饱和蒸汽的较高温CO2需要通过冷却器降温，冷凝蒸汽状态下的MDEA，而在冷却后蒸汽状态下的MDEA将随着CO2进入下游工艺或进入大气。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用MDEA脱碳工艺回收压力能的装置及回收方法，可以回收MDEA从较高压力减压到低压时的能力损耗。
为达上述目的，本发明提供了一种MDEA脱碳工艺回收压力能的装置，包括依次连接的吸收塔、加热器HE01、加热器HE02、一级减压阀、初级解析塔、二级减压阀、次级解析塔和CO2排放/回收系统，吸收塔的上部依次连接有风冷却器一和高压泵，高压泵另一端与解析塔连接，初级解析塔的上部连接有涡轮膨胀系统，涡轮膨胀系统另一端与CO2排放/回收系统连接。
采用上述方案的有益效果是：根据MDEA吸收/解析CO2的特性，在高压/ 低温时吸收的CO2，随着MDEA/CO2溶液温度的升高CO2的饱和蒸汽压逐渐升高，吸收的CO2逐渐被解析出来，而高温/高压的CO2气体势能，可以通过涡轮膨胀系统回收，回收的能量可以用于发电或直接驱动动力设备。涡轮膨胀后的低温CO2温度可以通过调整参数进行控制，能有效减少后续冷却器能耗及 MDEA消耗。
进一步地，初级解析塔的上部、中部和下部分别设置有出气口、进气口和排液口。
采用上述方案的有益效果是：气体由进气口进入初级解析塔，在初级解析塔中进行解析，分离出高温的CO2，从出气口将高温CO2输送到涡轮膨胀系统，未解析出的CO2和MDEA溶液则通过排液口进入次级解析塔。
进一步地，解析塔与CO2排放/回收系统之间设置有风冷却器二。
采用上述方案的有益效果是：解析塔经解析后，解析出来的CO2经风冷却器冷却可以实现气液分离，再与涡轮系统排出的CO2混合，进入CO2排放/回收系统。
进一步地，涡轮膨胀系统的数量为一个或多个。
进一步地，吸收塔上部设置有喷淋器。
采用上述方案的有益效果是：来自于解析塔解析出来的MDEA溶液经高压泵增压后，经过风冷却器冷却后可以投入吸收塔中，重复利用。设置的喷淋器可以提高MDEA溶液与混合气体接触面积，提高吸收效率。
进一步地，二级解压阀与解析塔之间设置有一条与加热器HE02连接的管道，管道上设置有旁通解压阀。
进一步地，采用MDEA脱碳工艺回收压力能的装置回收压力能的方法，包括以下步骤：
(1)吸附CO2
将含有H2、CO和CO2的混合气体，于压力范围为1.0-4.0MPa、温度范围为40-50℃状态下通入吸收塔下部，与喷淋器喷出的MDEA溶液混合，由吸收塔下部经加热器HE01和加热器HE02加热到100-120℃、减压阀减压后进入初级解析塔；
(2)解析CO2
在初级解析塔中，解析出来的温度范围高于100-120℃的CO2进入涡轮膨胀系统，温度范围低于100-120℃的CO2和MDEA混合溶液经二级减压进入次级解析塔；
(3)气液分离
在进入次级解析塔中的溶液经过解析和气液分离，CO2经风冷却器二降温除去液体MDEA后，进入CO2排放/回收系统；
(4)回收压力能
从初级解析塔分离出来的CO2进入涡轮膨胀系统通过能量回收后，与解析塔中解析出来的CO2混合，并进入CO2排放/回收系统。
采用上述方案的有益效果是：来自MDEA/CO2吸收塔的高压溶液，经加热减压后，进入新增加的初级解析塔，解析出的高温CO2进入新增的涡轮系统回收能量，低温CO2经气液分离，除去液体MDEA后，进入下游工艺；从初级解析塔流出的MDEA/CO2溶液，经过二级减压后进入次级解析塔，最终完成CO2解析，解析出来的CO2经冷却、气液分离后，与涡轮膨胀系统排出的CO2混合，进入下游流程。
综上所述，本发明具有以下优点：
1、天然气/煤化工制气工艺MDEA脱碳工艺回收压力能的方法，可以实现长期高效运行，持续回收过程损失能量；
2、减低了解析后CO2的温度，有效减低了MDEA的损耗；
3、由于系统运行简单，可以实现自动运行，无需增加运行人员；
4、设置系统运行稳定保障系统，确保系统连续稳定运行。
附图说明
图1为本发明提供的MDEA脱碳工艺回收压力能的流程示意图；
图2为不同压力下MDEA对CO2的吸收能力；
图3为在循环量为500ton的条件下MDEA吸收CO2压力能的发电量示意图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
如图1所示，本发明提供了一种采用MDEA脱碳工艺回收压力能的装置，包括依次连接的吸收塔、加热器HE01、加热器HE02、一级减压阀PVC01、初级解析塔、二级减压阀PVC02、次级解析塔和CO2排放/回收系统，吸收塔的上部依次连接有风冷却器一和高压泵，高压泵另一端与次级解析塔连接，初级解析塔的上部连接有涡轮膨胀系统，涡轮膨胀系统另一端与CO2排放/回收系统连接。涡轮膨胀系统配置有动力输出接口，涡轮膨胀系统配置的动力输出接口可以与发动机连接驱动发电机发电，涡轮膨胀系统配置的动力输出接口还可以直接驱动设备运转。
其中，中间解析塔的上部设置有出气口，中间解析塔的中部设置有进气口，中间解析下部设置有排液口；次级解析塔与CO2排放/回收系统之间设置有风冷却器二；涡轮膨胀系统的数量为一个或多个；吸收塔上部设置有喷淋器；二级解压阀PVC02与次级解析塔之间设置有一条与加热器HE02连接的管道，管道上设置有旁通解压阀PVC03。
某化工厂采用MDEA脱碳工艺回收压力能的装置回收压力能的方法，包括以下步骤：
(1)吸附CO2
将含有H2、CO和CO2的混合气体，于压力范围为3.2MPa、温度范围为45℃状态下通入吸收塔下部，与喷淋器喷出的MDEA溶液混合，由吸收塔下部经一级减压阀PVC01减压后进入初级解析塔；
(2)解析CO2
在初级解析塔中，解析出来的温度范围高于110℃的CO2进入涡轮膨胀系统，温度范围低于110℃的CO2和MDEA混合溶液经二级减压进入次级解析塔；
(3)气液分离
次级解析塔中的溶液经过解析和气液分离，CO2经风冷却器二降温除去液体 MDEA后，进入CO2排放/回收系统；
(4)回收压力能
从初级解析塔分离出来的CO2进入涡轮膨胀系统通过能量回收后，与解析塔中解析出来的CO2混合，并进入CO2排放/回收系统。
其中，MDEA循环量约为500ton/h，吸收的CO2约为40ton/h，吸收塔工作压力为3.2Mpa，吸收温度为45℃，解析塔解析温度为110℃，解析压力为 0.12Mpa，MDEA循环高压泵的电耗约900kW。通过本发明提供的采用MDEA 脱碳工艺回收压力能的装置以及回收方法，测试MDEA在110-115℃温度条件下，不同压力下的CO2吸收能力，得到的数据如图2所示；通过图2的数据，测算在1.0-3.2MPa，110-115℃区间范围内，CO2解析量和膨胀能量的关系，经过试验数据对比，可以获得发电量曲线，如图3所示。由图3可知，通过采用不同的回收参数，采用涡轮压力能回收试验数据分析，可节省约700-1000kW的能耗，而在最佳参数，即压力为2.0MPa的条件下，可以实现回收电量达到 900-1000kW。
虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可作出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。

Claims (4)

1.一种采用MDEA脱碳工艺回收压力能的装置回收压力能的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）吸附CO2
将含有H2、CO和CO2的混合气体，于压力范围为1.0-4.0MPa、温度范围为40-50℃状态下通入吸收塔下部，与MDEA溶液混合，由吸收塔下部经加热器HE01和加热器HE02加热到100-120℃、一级减压阀减压后进入初级解析塔；
（2）解析CO2
在初级解析塔中，解析出来的温度范围高于100-120℃的CO2进入涡轮膨胀系统，未解析的CO2和MDEA溶液经二级减压进入次级解析塔；
（3）气液分离
进入次级解析塔中的溶液经过解析和气液分离，CO2经风冷却器二降温除去液体MDEA后，进入CO2排放/回收系统；
（4）回收压力能
从初级解析塔分离出来的CO2进入涡轮膨胀系统通过能量回收后，与次级解析塔中解析出来的CO2混合，并进入CO2排放/回收系统；
其中所述采用MDEA脱碳工艺回收压力能的装置包括依次连接的吸收塔、加热器HE01、加热器HE02、一级减压阀、初级解析塔、二级减压阀、次级解析塔和CO2排放/回收系统，所述吸收塔的上部依次连接有风冷却器一和高压泵，所述高压泵另一端与所述次级解析塔连接，所述初级解析塔的上部连接有涡轮膨胀系统，所述涡轮膨胀系统另一端与CO2排放/回收系统连接。
2.如权利要求1所述的采用MDEA脱碳工艺回收压力能的装置回收压力能的方法，其特征在于，所述初级解析塔的上部、中部和下部分别设置有出气口、进气口和排液口。
3.如权利要求1所述的采用MDEA脱碳工艺回收压力能的装置回收压力能的方法，其特征在于，所述涡轮膨胀系统的数量为至少一个。
4.如权利要求1所述的采用MDEA脱碳工艺回收压力能的装置回收压力能的方法，其特征在于，所述涡轮膨胀系统配置有动力输出接口，所述动力输出接口连接发动机或连接设备。
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